JPH05243625A - ジョセフソン素子の臨界電流値調整方法 - Google Patents
ジョセフソン素子の臨界電流値調整方法Info
- Publication number
- JPH05243625A JPH05243625A JP4043155A JP4315592A JPH05243625A JP H05243625 A JPH05243625 A JP H05243625A JP 4043155 A JP4043155 A JP 4043155A JP 4315592 A JP4315592 A JP 4315592A JP H05243625 A JPH05243625 A JP H05243625A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current value
- critical current
- josephson
- josephson junction
- adjusting
- Prior art date
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- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ウィークリンク型のジョセフソン素子の臨界
電流値を、従来法に比して大幅に短時間で調整すること
ができ、かつ、調整による素子の劣化や汚染の生じにく
い方法を提供する。 【構成】 ジョセフソン接合部５に酸化物６を接触させ
た状態で、ジョセフソン接合部に臨界電流値以上の電流
を流すことにより、酸化物を発熱させてジョセフソン接
合部内に酸素を拡散させる。
電流値を、従来法に比して大幅に短時間で調整すること
ができ、かつ、調整による素子の劣化や汚染の生じにく
い方法を提供する。 【構成】 ジョセフソン接合部５に酸化物６を接触させ
た状態で、ジョセフソン接合部に臨界電流値以上の電流
を流すことにより、酸化物を発熱させてジョセフソン接
合部内に酸素を拡散させる。
Description
【産業上の利用分野】本発明は例えば微小磁場計測用の
ＳＱＵＩＤや、ミリ波検出器等に用いられるジョセフソ
ン素子の臨界電流値の調整方法に関し、更に詳しくは、
ウィークリンク型のジョセフソン素子の臨界電流値の調
整方法に関する。
ＳＱＵＩＤや、ミリ波検出器等に用いられるジョセフソ
ン素子の臨界電流値の調整方法に関し、更に詳しくは、
ウィークリンク型のジョセフソン素子の臨界電流値の調
整方法に関する。
【従来の技術】超伝導ループ内にジョセフソン接合を持
つジョセフソン素子のうち、準平面型の素子やマイクロ
ブリッジ型の素子をはじめとする、いわゆるウィークリ
ンク型の構造を持つジョセフソン素子では、素子作製後
に接合臨界電流値（以下、単に臨界電流値と称する）の
トリミングが可能であるという特徴がある。図２は準平
面型のジョセフソン素子の模式的構造説明図で、下部電
極１の一端部の上方にバリア層２を介して上部電極３が
積層され、この上部電極３と下部電極１の双方の上に跨
がるようにブリッジ４が積層形成されている。このう
ち、下部電極１、上部電極３およびブリッジ４は例えば
Nb等の超伝導体薄膜によって形成される。このような構
造の素子においては、ジョセフソン接合部５は、下部電
極１上のバリア層２および上部電極３の端面部と、その
直下の下部電極１の表面部の近傍のブリッジ４内に形成
される。このような準平面型の素子、あるいはマイクロ
ブリッジ型の素子における臨界電流値の調整方法として
は、従来、陽極酸化法を用いて、ジョセフソン接合部の
超伝導体薄膜の表面を部分的に酸化させることによって
その部分の超伝導性を奪い、その臨界電流を低下させる
方法が主として採用されている。
つジョセフソン素子のうち、準平面型の素子やマイクロ
ブリッジ型の素子をはじめとする、いわゆるウィークリ
ンク型の構造を持つジョセフソン素子では、素子作製後
に接合臨界電流値（以下、単に臨界電流値と称する）の
トリミングが可能であるという特徴がある。図２は準平
面型のジョセフソン素子の模式的構造説明図で、下部電
極１の一端部の上方にバリア層２を介して上部電極３が
積層され、この上部電極３と下部電極１の双方の上に跨
がるようにブリッジ４が積層形成されている。このう
ち、下部電極１、上部電極３およびブリッジ４は例えば
Nb等の超伝導体薄膜によって形成される。このような構
造の素子においては、ジョセフソン接合部５は、下部電
極１上のバリア層２および上部電極３の端面部と、その
直下の下部電極１の表面部の近傍のブリッジ４内に形成
される。このような準平面型の素子、あるいはマイクロ
ブリッジ型の素子における臨界電流値の調整方法として
は、従来、陽極酸化法を用いて、ジョセフソン接合部の
超伝導体薄膜の表面を部分的に酸化させることによって
その部分の超伝導性を奪い、その臨界電流を低下させる
方法が主として採用されている。
【発明が解決しようとする課題】ところで、陽極酸化法
では、素子を処理液に浸した状態で酸化させるため、臨
界電流値の調整に当たっては、素子を液体ヘリウムに浸
して動作温度まで冷却した状態で、臨界電流値を測定す
る工程と、常温において素子を処理液に浸して陽極酸化
を行う工程とを繰り返す必要があり、調整作業に大変な
時間と労力を要するという問題がある。また、このよう
な陽極酸化法を用いた調整では、熱サイクルによる素子
の劣化の問題や、処理液による素子全体の汚染の問題等
もある。本発明はこのような点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ジョセフソン素子の臨界
電流値を従来の陽極酸化法に比して大幅に短い時間で調
整することができ、しかもこの調整に際して素子の劣化
や汚染等の問題も生じにくい方法を提供することにあ
る。
では、素子を処理液に浸した状態で酸化させるため、臨
界電流値の調整に当たっては、素子を液体ヘリウムに浸
して動作温度まで冷却した状態で、臨界電流値を測定す
る工程と、常温において素子を処理液に浸して陽極酸化
を行う工程とを繰り返す必要があり、調整作業に大変な
時間と労力を要するという問題がある。また、このよう
な陽極酸化法を用いた調整では、熱サイクルによる素子
の劣化の問題や、処理液による素子全体の汚染の問題等
もある。本発明はこのような点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ジョセフソン素子の臨界
電流値を従来の陽極酸化法に比して大幅に短い時間で調
整することができ、しかもこの調整に際して素子の劣化
や汚染等の問題も生じにくい方法を提供することにあ
る。
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の調整方法では、ウィークリンク型の素子の
ジョセフソン接合部に接触した状態で超伝導体ではない
酸化物を積層し、その状態でジョセフソン接合部に当該
接合部の臨界電流値以上の電流を流すことによって上記
酸化物を発熱させ、この酸化物に含まれる酸素をジョセ
フソン接合部内に拡散させることによって特徴付けられ
る。
め、本発明の調整方法では、ウィークリンク型の素子の
ジョセフソン接合部に接触した状態で超伝導体ではない
酸化物を積層し、その状態でジョセフソン接合部に当該
接合部の臨界電流値以上の電流を流すことによって上記
酸化物を発熱させ、この酸化物に含まれる酸素をジョセ
フソン接合部内に拡散させることによって特徴付けられ
る。
【作用】ジョセフソン接合部にその臨界電流値以上の電
流を流すと、その部分は常伝導状態となって抵抗が生
じ、ジュール熱を発生する。この熱は酸化物に伝達して
この酸化物中の酸素の拡散係数を上昇させ、これにより
酸素はジョセフソン接合部へと拡散し、その一部を酸化
させてその部分の超伝導性を奪い、その結果としてジョ
セフソン接合部の臨界電流値が低下する。この処理は素
子をヘリウム等の冷媒中に浸漬した状態でも実行可能で
あり、所期の目的を達成できる。
流を流すと、その部分は常伝導状態となって抵抗が生
じ、ジュール熱を発生する。この熱は酸化物に伝達して
この酸化物中の酸素の拡散係数を上昇させ、これにより
酸素はジョセフソン接合部へと拡散し、その一部を酸化
させてその部分の超伝導性を奪い、その結果としてジョ
セフソン接合部の臨界電流値が低下する。この処理は素
子をヘリウム等の冷媒中に浸漬した状態でも実行可能で
あり、所期の目的を達成できる。
【実施例】図１は本発明を適用して準平面型のジョセフ
ソン素子の臨界電流値を調整する場合の説明図である。
なお、調整対象となるジョセフソン素子Ｊは模式的断面
図で示し、その切断位置は図２におけるＡ−Ａの位置に
相当している。ジョセフソン素子Ｊの本体構造は図２の
ものと同等であり、下部電極１と上部電極３、およびジ
ョセフソン接合部５が形成されるブリッジ４は例えばNb
で、バリア層２は例えば適当な酸化膜、本発明実施例で
は例えばAl2O3 等の絶縁体である。このような素子Ｊの
ブリッジ４の上方、および、または周囲に、まず、例え
ばNb2O5 等の酸化膜６を形成する。この酸化膜６の形成
方法としては、スパッタ蒸着等によって直接製膜する方
法と、特にNb2O5 を用いる場合にはブリッジ４を形成す
るNbの表面を陽極酸化法等によって酸化する方法を採用
することができる。その後、下部電極１と上部電極３を
それぞれ導線７を介して電流源８に接続して、下部電極
１および上部電極３間にジョセフソン接合部５の臨界電
流値以上の電流を流す。これにより、ジョセフソン接合
部５のNbは超伝導体ではなくなるため、ここにジュール
熱が発生する。この熱は酸化膜６に伝達され、この酸化
膜６中での酸素の拡散係数が上昇する。周知のように、
拡散は溶質濃度を一定にする方向へと進行するから、酸
素はジョセフソン接合部５のNb内へと拡散し、 NbOXを
生成する。 NbOX が生じた分だけジョセフソン接合部５
のNbが減少することになるが、 NbOX は超伝導体ではな
いため、Nbが減少した分だけジョセフソン接合部５の臨
界電流が低下する。ここで、臨界電流値以上の電流をジ
ョセフソン接合部５に流しても、その発熱は局部的であ
るため、素子Ｊを液体ヘリウムに浸漬した状態で電流源
８からの電流を流して上記のように臨界電流を低下させ
ることができる。従って、素子Ｊを液体ヘリウム中に浸
すとともに、４端子法に基づく臨界電流値の測定を行う
ための必要な配線を施した状態で、適宜にその配線を電
流源８に接続して酸化膜６を加熱し、これを所定の時間
継続してジョセフソン接合部５内に NbOX を生成させた
後、素子Ｊの臨界電流値をモニタし、その値が所望値よ
りも大きい場合には、再度上述の通電を行う、という工
程を繰り返すことにより、素子Ｊを液体ヘリウムに浸し
たまま状態で臨界電流値を所望の値に調整することがで
きる。なお、ジョセフソン接合部５からのジュール熱は
バリア層２にも伝わり、このバリア層２からも酸素が拡
散してくる可能性もあるが、これは、バリア層２を上記
したようにAl2O3 等によって形成することによって防ぐ
ことができる。また、素子に用いる超伝導体としてはNb
以外に他の公知の材質を用いることができるとともに、
酸化膜６の材質としてもNb2O5 以外のものを使用するこ
とができ、要は、加熱によりジョセフソン接合部に酸素
が拡散するような超伝導体と酸化膜の組み合わせであれ
ばどのような組み合わせでもよい。更に、本発明は準平
面型のジョセフソン素子のほか、マイクロブリッジ型の
素子等、ウィークリンク型のジョセフソン素子に等しく
適用し得ることは勿論である。
ソン素子の臨界電流値を調整する場合の説明図である。
なお、調整対象となるジョセフソン素子Ｊは模式的断面
図で示し、その切断位置は図２におけるＡ−Ａの位置に
相当している。ジョセフソン素子Ｊの本体構造は図２の
ものと同等であり、下部電極１と上部電極３、およびジ
ョセフソン接合部５が形成されるブリッジ４は例えばNb
で、バリア層２は例えば適当な酸化膜、本発明実施例で
は例えばAl2O3 等の絶縁体である。このような素子Ｊの
ブリッジ４の上方、および、または周囲に、まず、例え
ばNb2O5 等の酸化膜６を形成する。この酸化膜６の形成
方法としては、スパッタ蒸着等によって直接製膜する方
法と、特にNb2O5 を用いる場合にはブリッジ４を形成す
るNbの表面を陽極酸化法等によって酸化する方法を採用
することができる。その後、下部電極１と上部電極３を
それぞれ導線７を介して電流源８に接続して、下部電極
１および上部電極３間にジョセフソン接合部５の臨界電
流値以上の電流を流す。これにより、ジョセフソン接合
部５のNbは超伝導体ではなくなるため、ここにジュール
熱が発生する。この熱は酸化膜６に伝達され、この酸化
膜６中での酸素の拡散係数が上昇する。周知のように、
拡散は溶質濃度を一定にする方向へと進行するから、酸
素はジョセフソン接合部５のNb内へと拡散し、 NbOXを
生成する。 NbOX が生じた分だけジョセフソン接合部５
のNbが減少することになるが、 NbOX は超伝導体ではな
いため、Nbが減少した分だけジョセフソン接合部５の臨
界電流が低下する。ここで、臨界電流値以上の電流をジ
ョセフソン接合部５に流しても、その発熱は局部的であ
るため、素子Ｊを液体ヘリウムに浸漬した状態で電流源
８からの電流を流して上記のように臨界電流を低下させ
ることができる。従って、素子Ｊを液体ヘリウム中に浸
すとともに、４端子法に基づく臨界電流値の測定を行う
ための必要な配線を施した状態で、適宜にその配線を電
流源８に接続して酸化膜６を加熱し、これを所定の時間
継続してジョセフソン接合部５内に NbOX を生成させた
後、素子Ｊの臨界電流値をモニタし、その値が所望値よ
りも大きい場合には、再度上述の通電を行う、という工
程を繰り返すことにより、素子Ｊを液体ヘリウムに浸し
たまま状態で臨界電流値を所望の値に調整することがで
きる。なお、ジョセフソン接合部５からのジュール熱は
バリア層２にも伝わり、このバリア層２からも酸素が拡
散してくる可能性もあるが、これは、バリア層２を上記
したようにAl2O3 等によって形成することによって防ぐ
ことができる。また、素子に用いる超伝導体としてはNb
以外に他の公知の材質を用いることができるとともに、
酸化膜６の材質としてもNb2O5 以外のものを使用するこ
とができ、要は、加熱によりジョセフソン接合部に酸素
が拡散するような超伝導体と酸化膜の組み合わせであれ
ばどのような組み合わせでもよい。更に、本発明は準平
面型のジョセフソン素子のほか、マイクロブリッジ型の
素子等、ウィークリンク型のジョセフソン素子に等しく
適用し得ることは勿論である。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ジョセフソン接合部に酸化物を接触させた状態で、この
ジョセフソン接合部に臨界電流値以上の電流を流すこと
によって酸化物を加熱し、その内部の酸素をジョセフソ
ン接合部の超伝導体に拡散させてその部分の超伝導性を
奪うことで、臨界電流値を低下させるから、素子を液体
ヘリウム等の冷媒中に浸漬した状態での調整が可能とな
り、従来の陽極酸化法による調整のように素子を常温に
戻す必要がなく、臨界電流値の調整に要する時間を大幅
に低減させることができる。また、液体ヘリウムに素子
を浸漬して臨界電流値をモニタしながらの調整が可能で
あることから、臨界電流値の調整工程を自動化すること
も可能となり、大量生産することによる素子のコストダ
ウンにもつながる。更に、本発明によれば、陽極酸化法
を用いた場合のような熱サイクルによる素子の劣化や、
処理液との接触による素子の汚染の問題も解消する。
ジョセフソン接合部に酸化物を接触させた状態で、この
ジョセフソン接合部に臨界電流値以上の電流を流すこと
によって酸化物を加熱し、その内部の酸素をジョセフソ
ン接合部の超伝導体に拡散させてその部分の超伝導性を
奪うことで、臨界電流値を低下させるから、素子を液体
ヘリウム等の冷媒中に浸漬した状態での調整が可能とな
り、従来の陽極酸化法による調整のように素子を常温に
戻す必要がなく、臨界電流値の調整に要する時間を大幅
に低減させることができる。また、液体ヘリウムに素子
を浸漬して臨界電流値をモニタしながらの調整が可能で
あることから、臨界電流値の調整工程を自動化すること
も可能となり、大量生産することによる素子のコストダ
ウンにもつながる。更に、本発明によれば、陽極酸化法
を用いた場合のような熱サイクルによる素子の劣化や、
処理液との接触による素子の汚染の問題も解消する。
【図１】本発明を適用して準平面型のジョセフソン素子
の臨界電流値を調整する場合の説明図
の臨界電流値を調整する場合の説明図
【図２】準平面型ジョセフソン素子の模式的構造図
１ 下部電極 ２ バリア層 ３ 上部電極 ４ ブリッジ ５ ジョセフソン接合部 ６ 酸化膜 ８ 電流源
Claims (1)
- 【請求項１】 超伝導体製の２つの電極間が、超伝導体
製のブリッジによってウィークに接合されてなるジョセ
フソン素子において、ジョセフソン接合部に接触させた
状態で超伝導体ではない酸化物を積層し、その状態で上
記ジョセフソン接合部に当該接合部の臨界電流値以上の
電流を流すことにより、上記酸化物を発熱させ、この酸
化物に含まれる酸素を上記ジョセフソン接合部内に拡散
させることを特徴とするジョセフソン素子の臨界電流値
調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4043155A JPH05243625A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | ジョセフソン素子の臨界電流値調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4043155A JPH05243625A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | ジョセフソン素子の臨界電流値調整方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243625A true JPH05243625A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12655970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4043155A Pending JPH05243625A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | ジョセフソン素子の臨界電流値調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05243625A (ja) |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4043155A patent/JPH05243625A/ja active Pending
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